PWM Signal Spannung erhöhen für Microcontroller

[Unregistriert]

Hallo,

Ich habe eine Isolationswächter
http://www.benderbenelux.com/sites/default/files/downloads/iso-F1-IR155-32xx-electric-vehicles_DB_en_20101202.pdf
Welcher Statusmeldungen über PWM überträgt mit 2V überträgt.

Diese Signal will ich mit einem Atmega2560 einlesen und die Meldungen auf nem kleinen Display anzeigen.
Der Atmega läuft aber mit 5V!
Wie bekomm ich die Spannung am besten auf 5V ohne das PWM Signal zu verfälschen?
Kann ich da einfach mit den 2V nen Transistor (ich würd den BC547 nehmen) ansteuern der mir dann 5V gleich Pulst oder ist sowas zu träge und leiber nen Operationsverstärker benutzen?


Gruß,

Manuel

[PICture]

Hallo!

Ich finde Deine Idee mit einem Transistor am einfachsten, da die Frequenz niedrig ist (bis zu 50 Hz). Selbstverständlich muss PWM dann softwaremässig invertiert werden um ihren Wert richtig messen zu können. ;)

[Schachmann]

Hi,

also wenn ich das richtig sehe, bringt Dir eine Verstärkung des Signals wenig. Du musst die Frequenz messen, lt. Datenblatt 10Hz = Normal condition, 20 Hz = Under Voltage condition usw. Wenn das geschehen ist, musst Du vom Signal den Duty Cycle messen, lt. Datenblatt 5% = Widerstand rund unendlich, 50% = 1.2MOhm usw. Die Formel für die Umrechnung des Duty Cycles in den Widerstand ist ja auch im Datenblatt angegeben.

Du könntest also, wenn Dein Multimeter Frequenz und Duty Cycle messen kann, dieses Signal mit einem Multimeter auswerten.

Gruß,
Ralf

[BMS]

Hallo,
wenn du den Transistor in Emitterschaltung verwendest (inkl. Basisvorwiderstand z.B. 10k und Arbeitswiderstand im Kollektor z.B. 1k gegen +5V) dann sollte das völlig ausreichen.
Der Transistor ist auf jeden Fall schnell genug. 50Hz sind vergleichsweise langsam.
Grüße,
Bernhard

[Unregistriert]

Vien Dank für eure Antworten.

oh man ich hab das Datenblat nich richtig gelesn^^
Also der Isowächter gibt nicht 2V aus sondern UG-2V.
Bei mir kann UG zwischen 11 und 14V liegen (nomalfall 14).
Ich hab also das PWM signal zwischen 9V und 12V, welches ich einlesen muss.
Also ihr denk die 50HZ macht jeder handelsübliche Transistor mit?
Sollte ich wegen den Spannungsschwankungen lieber nen Optokoppler verwenden?
(Könnt ihr mir da ein vorschlagen, hab mich mit denen noch nicht so sehr befasst)

@ Sachmann:
genau das will ich mit einem Arduino Mega 2560 einlesen und per Sofware auswerten (müsste doch mit Bascom möglich sein?), also ich will den Atmel als Multimeter verwenden :)
Ich muss doch das Signal auf annähernd 5V bringen sonst wird es meinem Mega 2560 zuviel oder (oder wenn man von meinen im Anfangsteard falsch geschriebenen 2V ausgeht zu wenig)?


Gruß,
Manuel

[Hubert.G]

In deinem Fall brauchst du einen Spannungsteiler, 8k6 und 4k7 etwa.
Einen Optokoppler brauchst du nur wenn du Potentialtrennung willst. Du belastest die Quelle allerdings dann mit etwa 10mA.

[BMS]

Alternativ ginge auch eine Zenerdiode mit Vorwiderstand.

[Unregistriert]

Hallo,
einen Spannungsteiler hab ich mir auch schon überlegt,
besteht ja einfach auß 2 Wierständen und in der mitte greif ich ab?
10mA is kein problem, am Ausgang stehen max 80mA zur verfügung.

Wenn ich den Innenwiederstand meines Microcontroller kenne müsste es doch auch mit einem Wiederstand gehen?

Die Versorgungsspannung (11-14V) kommen von der Bordspannung eins Autos, das auch ab und zu mal ein paar Spitzen enthalten kann, ist das kein problem für den Microcontroller?

Hat die Zenerdiode mit Vorwiderstand denn einen Voteil? Ich habe bendeken bei der Auslegung wegen der Spannungsschwankung zwischen 11-14V.


Gruß,
Manuel

[021aet04]

Kurzzeitige Spitzen wie sie in PKWs vorkommen können zuviel sein für den µC. Speziell an den Eingängen. Ich würde mit einem Komparator arbeiten. Du verwendest 2 Spannungsteiler, einmal an der Versorgung und einmal am Ausgang des Isolationswächers. Den Komparator versorgst du mit den 5V, die du auch für den µC hast. Mit dem Spannungsteiler an der Versorgung stellst du eine Spannung ein, damit du UG-1V (damit du genau in der Mitte des Signals bist) als Referenz bekommst. Je nachdem wie du die einzelnen Spannungsteiler an den Komparator anschließt invertierst du das Signal oder eben nicht. Ich hoffe du weißt wie ich das meine. MfG Hannes

[PsiQ]

Also den Spannungsteiler gegen den µC Pin Innenwiderstand auszulegen ist meines Wissens nach nciht möglich, da die Angaben aus dem Datenblatt "ca" angaben sind.
Im Moment der Wandlung fließt da z.B. mehr Strom als wenn nicht gewandelt wird, es ist also kein fester oder exakter Wert.
Was ich bei einer Messung im KFZ schonmal gesehen habe ist eine Vorschaltung von 1k + 5.2V Z-Diode + 100nF, dabei kam aber als Signal nur 0 .. 5 V an, und es wurde analog gemessen, kein Frequenz.
Der Kondensator diente dabei zum etwas glätten der Spannung beim Auslesen, in Kombination mit der Z-Diode und dem Vorwiderstand wurde auch gleichzeitig ein Schutz des Pins vor KFZ Einstörungen angedacht.

Ich habe die Schaltung aber nur aufgebaut nach Vorgaben des Elektroentwicklers, und nicht selbst entworfen. (War ne Drosselklappensteuerung mit Stellungsrückmeldung).
am besten trennst du deine Elektronik vom restlichen Bordnetz, lässt also alles hinter einer stabilisierten+entstörten Spannung laufen. Dafür gibts robustere KFZ-Spannungsregler.

Wenns dir nur um die Frequenz des PWM geht, kannst du auch einen Optokoppler nehmen. Den beschaltest du mit Vorwiderstand und Z-Diode so,
dass er beim minimalen Spannungswert noch sicher durchschaltet/leuchtet,
und beim Maximum von 14V die Spannung am Optokoppler durch die Z-Diode auf ca 0,5V ..1V unterhalb des Optokoppler Max-Wertes begrenzt wird.
Den Ausgangsteil des Optokopplers hängst du ganz normal mit an die 5V vom µC.
Also: +5V => 1k => Optokoppler => 20k nach Gnd.
Zwischen Optokoppler und 20K schlisst du den µC Pin an. Bei Signal wirds dann nach knapp +5V (4,76V), bei keinem nach gnd gezogen. (das reicht für ne high-low erkennung = frequenzmessung)
- Die Frage ist: Warum sollte über den Port wo der Isowächter hängt ne Störung kommen, wenn der selber auch an der entstörten Spannung hängt ?

(Ich würde von 12V ausgehen, nicht 11V im Auto, die hats nur kurz beim anlassen normalerweise und kann durch Rückstromdiode+Kondensator vor dem Regler gepuffert werden.
Um immer deine 12V zu haben,. kannst du auch einen 12V:12V dc:dc wandler mit weitem Eingangsspannungsbereich (up + down) nehmen.
=> Um deine 12V von 9 bis 18V zu haben geht der "Traco TMR 1212"
Wenn dir die Restwelligkeit zu hoch ist, nimm den "TMR 2-2413WI (http://www.reichelt.de/Wandler-Module-DC-DC/TMR-2-2413WI/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=121746;GROUPID=4 956;artnr=TMR+2-2413WI)" und dahinter nen 15V => 12V Linearregler.

Alternativ hinter dem 12V Regler auf 9 oder 10V Linear Regeln, und alles dahinter an die 10V setzen.
Von den 10V regelt auch dein µC 5V Regler leichter.

Wenn der Isolationswächter direkt an die KFZ Spannung darf, ist aber der Optokoppler das einfachste,
und du machst dir nur deine 5V für dich selber schön sauber.

[harald654]

Vielen Dank für eure zahlreichen Antworten :)

Ich denke ich werde Optokoppler verwenden, dann ist alles getrent und ich bin auf der sicheren Seite :)
Ich hab mir mal ein paar Datenblätter angeschaut, vieleicht könnt ihr mir sagen was hinter gewissen Angaben steckt?
Ich nehm einfach mal dieses Datenblatt:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/187003-da-01-en-PC_827_2XPC817_K827P.pdf

-"Reverse Voltage VR 6V": ist das die maximale Spannung wo die Diode (led) in Sperrichtung verkraftet?
-"Emitte Collector Voltage VECO 6V": versteh ich überhaupt nicht, der Strom fließt doch von Collector zu Emitter, warum dann ne Spannungsangabe von Emitter zu Collector?

-Im welchem Spannungsbereich funktionieren denn Die LEDs? (Laut dem Datenblatt bis max 1.4V und bei einem Peak kurzeitig max.3V).
-Wenn Ich eine Vorwiederstand von 680ohm nehme dann hab ich bei 14V einen Strom von 18,5mA, wenn die Spannung auf 9V Singt hab ich eine Strom von 11,18mA.
sind die 11,18mA noch ausreichend?
Im Datenblatt steht If max 50mA, dann kann ich ja eine Vorwiederstand von 270ohm nehm, womit ich bei 14V 76,7mA habe und bei 9V noch 28,14mA (was ja für den Betrieb der Led ausreichen dürfte), oder schadet es der Led wenn dauerhaft 50mA anliegen? (find 50mA recht viel für ne Led)

-Was bedeutet die CTR % angabe?


sind leider mehrere Fragen, fange gerade erst an mich mit den ganzen elektronischen Komponeten zu beschäftigen und zu verstehen :)


Gruß,

[PsiQ]

Widerstand ohn "ie", das kommt von entgegen = wider etwas,
nicht von wieder wie wiederholt.


Nur mal so am Rande gefragt:
Was meinst du was "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" bedeutet ??
und was das Kleingedruckte dadrunter bedeutet was aussagt:
"Wenn du das nur kurz überschreitest ist alles fürn arsch und es wird keine funktion mehr gewährleistet" -?-

Wieso rechnest du dann als zweites nen Wert mit 76mA aus wenn da
Imax=50mA als absolute maximum rating steht ??

Die LED im Optokoppler leuchtet "sicher" von x ... bis y mA
z.B. von 10mA bis 20mA ist ein normaler Bereich.


Nun legst du Vorwiderstand (und evtl Z-Diode) so aus, dass deine KopplerLED beim minimalen Wert die 10mA bekommt, und beim maximalen die 20 bis 25 mA.
Da du PWM hast, evtl mit 50% duty cycle ist dementsprechend die pulsbelastbarkeit sogar höher.


Die Dinge die du fragst treffen auch auf eine LED zu, schau doch erstmal da noch nach ein paar Grundlagen...


Die Reverse Voltage ist die Spannung (im Bsp 6V) bei der die Diode auch in Sperrichtung anfängt zu leiten, die Isolation also durchbricht.
Ist egal bei nem korrekten Vorwiderstand, weil du bei -6V in Sperrichtung mit Vorwiderstand
weniger Strom hast als bei -1,4V mit Vorwiderstand.
Ausserdem hast du nur DC kein AC.

Betriebsbereich: siehe Datenblatt da steht min/max drin, wenn nicht: ausmessen ab wanns leitet, und ab wann keine höhere Verstärkung mehr erfolgt.

Beim Optokoppler etwas überm Minimum bleiben, weil die LED(Sender)+Fotodiode(Empfänger) altern und später ja noch ein deutliches Signal ankommen soll.

Bei ner 1N4007 sind Sperrspannung mindestens 1000V. Bei ner 1N4148 glaub 100V oder 200V...
Ein 230V AC Gleichrichter sollte daher deutlich über 230V in Sperrichtung vertragen, damit er auch gleichrichten (leitend/sperrend wechseln) kann.

Beim Optokoppler hast du 2 getrennte Seiten, also auch 2 Angaben für max Strom,min+max Spannung, Spannungsabfall, max Sperrspannung, etc...

..
..
...
-Mal ne andere Frage:
Was für eine Spannung kommt da überhaupt raus, ist doch sicher nicht die Bordspannung direkt, sondern das PWM signal irgendwo ausm µC ?!?
Frag doch mal den Hersteller wenn dus im Datenblatt nicht findest, ob da ein gestörtes Signal kommt.
Und wenn das nicht der Fall ist, da vermutlich der intern auch ne entstörte Spannung verwendet, dann nimm einen 10K oder 20k Widerstand, eine Z-Diode mit 5V dahinter,
und pack den an deinen µC-Eingangs-Pin.
Evtl noch den internen Pullup oder Pulldown aktivieren und fertig.


Mal noch als Hinweis:
=> http://lmgtfy.com/?q=optokoppler+CTR
und da nimmst du den elektronik Kompendium Link, Nummer 2 von oben, und liest das einfach mal durch.


Wenn du schon am Optokoppler scheiterst, wird das auch mitm KFZ Bordspannung entstören nix, daher dieser Link:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23


edit:
Nochn edit zur Rechnung...
Wenn du 14V Bordspannung hast, kommt dein PWM mit 14V -2V raus, also sinds noch 12V.
deine KopplerDiode zieht ca 1,2V ab damit se leuchtet (vermutlich von 0,9V bis 1,4maxbruzzel).
12V - 1,2V = 11,8V
Bei einem 470 Ohm Widerstand hast du somit:
11,8V : 470 Ohm = 25mA => OK, etwas unnötig viel evtl...

Wenn du tatsächlich nur noch 10V hast, was ich nicht glaube ;-)
10V - 2V = 8V PWM
8V - 1,2V = 6,8V

6,8V : 470 = 14 mA -- auch noch ok.

Ein 470 oder 500 Ohm Widerstand sollte also bei "den meisten" Optokopplern reichen, ich würde mal mit irgendwas um 740 Ohm testen...
-für den Eingang-.
(Hinweis, siehe Diagramme Fig.8 etc: Im Datenblatt steht die Saturation=Sättigung für 1mA drin,
die anderen Beispiele sind auch alle für 1 oder 2mA Steuerstrom gegeben, 10mA reichen also normalerweise!)

Am -Ausgang- hast du deine 5V vom IC, an dem der ja auch hängt.
Der FotoTransistor auf der Ausgangsseite hat auch nen Spannungsabfall,
den hab ich aber nicht im Kopf (hab nicht ins Datenblatt geschaut).
gehen wer mal einfach von 5V als Näherung aus.
5V : 470 Ohm = 10 mA .. das sollte deinem µC Pin reichen, der will ja Pegel, keinen Strom.
=> Es sollten auch 1K-Ohm noch gut gehen.

Den Ausgang schaltest du also nun [+5V]--[ 1k ]--(x)--[Optokoppler Ausgangsseite]--Gnd.
Beim (x) schließt du deinen µC Pin an.

-- Siehe Datenblatt z.B. beim PC817 => Response Test Circuit. Bei deinem Datenblattlink auf Seite 4.

Das invertiert dir das Signal zwar, weil das gegen Masse und nicht gegen Plus taktet,
aber das ist bei deiner Anwendung egal.
Wenn kein LeuchtSignal kommt, liegen über 1k die 5V am Pin an = high.
Wenn ein Signal kommt, wird der Pin nach gnd gezogen = low.

[harald654]

WOW,
vielen dank für die sehr ausführliche Antwort.
Echt klasse :)

Das mit dem Wi(e)derstand hat sich irgentwie so in mein Kopf eingebrant, ich weiß auch nicht woher das kommt :/


Die 76mA waren ein Tippfehler von mir, ich meinte 46mA ;) (hab die -2V aber nicht mit eingerechnet bei meinen Rechnungen)


Nochmals vielen Dank für deine Antwort :)


Gruß,

[harald654]

Hallo,

brauch ich den Widerstand bei meiner Ausgangsseite vom Optokoppler zwingend?

Kann ich nicht einfach: [+5V]--[Optokoppler Ausgangsseite]--(X) anschließen?
(Der Atmega verträgt ja die 5V und die Eingänge sind doch eh hochohmig)




Gruß,

[Hubert.G]

Ja, der ist notwendig. Wenn du das so wie du beschrieben hast anschließt, wirst du Probleme bekommen.
Der Optokopplerausgang ist wenn kein Signal anliegt hochohmig, der Eingang des µC auch.
Damit hast du am Eingang des µC ein unbestimmtes Potential zwischen 0V und 5V. Das möchtest du sicher nicht.